KR20130125329A - 높은 내마모성을 갖는 재료 - Google Patents

높은 내마모성을 갖는 재료 Download PDF

Info

Publication number
KR20130125329A
KR20130125329A KR1020130051458A KR20130051458A KR20130125329A KR 20130125329 A KR20130125329 A KR 20130125329A KR 1020130051458 A KR1020130051458 A KR 1020130051458A KR 20130051458 A KR20130051458 A KR 20130051458A KR 20130125329 A KR20130125329 A KR 20130125329A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wear resistance
matrix
carbide
weight percent
max
Prior art date
Application number
KR1020130051458A
Other languages
English (en)
Inventor
게르트 켈레치
데브림 칼리스카노글루
Original Assignee
뵈러 에델스탈 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 뵈러 에델스탈 게엠베하 filed Critical 뵈러 에델스탈 게엠베하
Publication of KR20130125329A publication Critical patent/KR20130125329A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/02—Hardening by precipitation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/10—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/004—Dispersions; Precipitations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/007—Ledeburite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2241/00—Treatments in a special environment
    • C21D2241/01—Treatments in a special environment under pressure
    • C21D2241/02—Hot isostatic pressing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은, 등방성 기계적 특성들(isotropic mechanical property), 향샹된 내마모성을 갖고 그리고 경도 포텐셜이 높은 PM(powder metallurgy)-재료로서 분말 야금법(powder metallurgy process)에 의한 레데부라이트 공구강들(ledeburite/ledeburitic tool steel)의 제조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 제조의 한 가지 방법에서 그 내용은 본질적으로, HIP-블록 및/또는 이러한 HIP-블록으로 제조된 반제품이 1100℃ 이상의 온도에서, 그러나 최저 융점을 갖는 미세구조상(microstructure phase)의 용융 온도보다 적어도 10℃ 낮은 온도에서 12 시간 이상 완전 어닐링(full annealing)되어 재료의 탄화물상(carbide phase) 평균 크기가 적어도 65% 만큼 상승되며, 상기 탄화물상의 표면 형상이 둥글게 처리되고 그리고 매트릭스가 균일화된다는 것이며, 그 결과 상기 재료가 내마모성이 높은 공구들로 또는 마모 하중을 받는 부품들로 추가 가공된다.
본 발명에 따른 재료는 등방성 기계적 특성들을 가지며, 그리고 열적으로 켄칭 및 템퍼링(quenching and tempering)된 상태에서 (0.45 내지 0.75) 중량%의 탄소 농도를 갖는 매트릭스 내부에서 탄화물상 평균 크기가 2.8㎛ 이상일 때 적어도 7.0 Vol%의 M6C-탄화물 및 MC-탄화물의 탄화물상 비율을 갖는다.

Description

높은 내마모성을 갖는 재료 {MATERIAL WITH HIGH WEAR RESISTANCE}
본 발명은, 등방성 기계적 특성들(isotropic mechanical property) 및 향상된 내마모성을 가지고 경도 포텐셜이 높은 PM(powder metallurgy)-재료로서 분말 야금법(powder metallurgy process)에 의한 레데부라이트 공구강들(ledeburite/ledeburitic tool steel)의 제조에 관한 것이다.
자체 조성으로 인하여 레데부라이트 공정 조직(共晶組織)으로 경화되는 고합금 공구강들은 생주물(as-cast) 상태에서 국부적으로 빈번히 크기가 큰 탄화물(coarse carbide) 및 미세구조 내에 탄화물 축척(carbide accumulation)을 갖는데, 상기 공구강들은 열에 의한 잉곳(ingot)의 변형시 행(line)-형태로 배향되어 마지막에는 변형 방향에 의존적인 탄화물 행들 또는 변형 구조를 형성한다. 이러한 미세구조 상태는 부품의 각각의 응력 방향과 관련하여 재료의 이방성 특성들(anisotropic property)을 야기시킨다.
등방성이면서 향상된, 고합금 공구강들의 재료 특성들에 도달하기 위하여, 매트릭스 내부에서 크기가 작은 탄화물의 균일한 분포를 보장하는 분말 야금식 제조 방법의 적용이 공지되어 있다.
PM-방법에서는 액상 강(liquid steel)의 분배가 고속 가스 흐름(high speed-gas flow)에 의해 작은 액적(droplet) 형태로 떨어지면서 이루어지는데, 상기와 같은 액적은 고속으로 경화되면서 동시에 그 내부에 미세한 탄화물상(carbide phase)을 형성한다. 후속되는 캡슐 내 분말의 열간 등방압 성형(HIP; Hot Isostatic Press)에 의해서는 소결을 통하여 HIP-블록이 제조되며, 상기 HIP-블록은 열변형될 수 있으며, 바람직하게는 경우에 따라 재료 내에서 크기가 작은 탄화물상이 균일하게 분포한다.
상기와 같은 방식으로 제조된 재료들은 그들이 갖는 기계적 특성 측면에서 가능한 한 등방성으로 우수하게 가공될 수는 있으나, 매트릭스 구조로 인해 제한된 경도 포텐셜을 갖는다. "경도 포텐셜"이라는 용어는 당업자에게 오스테나이트 입자 범위로부터 마텐자이트계로 변환된 오스테나이트 잔류물을 갖는 재료의 템퍼링(tempering) 공정시 경도 상승 정도를 암시한다.
또한, 합금의 화학적 조성이 동일할 경우 발견된 바와 같이 PM-재료들은, 종래 방식으로 제조시 매트릭스 내부에 동일하게 많은 양의 탄화물상이 존재함에도 불구하고 비교시 경우에 따라 내마모성이 약간 더 낮다.
본 발명의 과제는, PM-재료들에 기계적 특성들의 등방성 획득 외에도 향상된 내마모성 및 상승된 경도 포텐셜을 중개할 수 있는 도입부에 언급한 유형의 방법을 제시하는 것이다.
또한, 본 발명은 높은 경도 포텐셜 및 높은 내마모성을 갖는 레데부라이트 공구강 합금으로 이루어진 분말 야금식으로 제조된 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 과제는 레데부라이트 공구강 합금들을 PM-방법으로 제조할 경우 해결되며, 상기 제조시에는 HIP-블록 및/또는 이러한 HIP-블록으로 제조된 반제품이 1100℃ 이상의 온도에서, 그러나 최저 융점을 갖는 미세구조상(microstructure phase)의 용융 온도보다 적어도 10℃ 낮은 온도에서 12 시간 이상 완전 어닐링(full annealing)되어 재료의 탄화물상 평균 크기가 적어도 65% 만큼 상승되며, 상기 탄화물상의 표면 형상이 둥글게 처리되고 그리고 매트릭스가 균일화되며, 그 결과 상기 재료가 내마모성이 높은 공구들로 또는 마모 하중을 받는 부품들로 추가 가공된다.
본 발명에 따른 방법이 갖는 장점들은, 확산을 근거로 하여 1100℃ 이상의 온도에서는 한편으로 탄화물상이 증대되고 그리고 다른 한편으로는 매트릭스의 균일화가 이루어진다는 것이며, 이 경우 재료가 경화되지 않은 상태에서 강도 특성들은 대략 동일하게 지속되고, 파단시 연신율(percentage elongation at fracture) 및 특히 파단시 단면 수축률(percentage reduction of area at fracture)은 상승하며, 이로 인해 가공 측면에서의 장점들 및 자체적으로 갖는 특성 측면에서의 장점들이 얻어진다.
부품들이 본 발명에 따른 시간 동안 완전 어닐링 공정에 따라 가공 및/또는 처리되면, 재료의 하중이 높은 경우에도, 특히 장력에 의한 재료의 하중이 높은 경우에도 균열 가능성이 현저히 감소된다.
본 발명에 따라 제조되는 고합금 재료를 경화 및 템퍼링 공정을 통해 열 처리(= 켄칭 및 템퍼링)할 경우 이미 낮은 경화 온도에서도 높은 템퍼링 경도 값들이 달성된다.
또한, 놀랍게도 확인된 바에 따르면, 완전 어닐링 그리고 켄칭 및 템퍼링(quenching and tempering) 처리된 PM-재료들은 표준 마모 테스트에서 탄화물상 량이 동일할 경우(그러나 탄화물상 크기는 예를 들어 84%로 현저히 상승된 경우) 완전 어닐링 공정 없이 동일한 형상의 표준 샘플들에 비해 현저히, 경우에 따라 30% 이상 향상된 내마모성을 갖는다.
표 1은 검사한 재료들의 화학적 조성이고,
표 2는 비교 합금과 본 발명에 따른 재료(S599PM-H)의 매트릭스의 화학적 조성이며,
도 1은 재료들의 기계적 특성들이고,
도 2는 선행 기술에 따라 제조된 PM-재료(S599PM) 내의 탄화물상이며(REM-Analysis: 주사전자 현미경-분석),
도 3은 본 발명에 따라 제조된 PM-재료(S599PM-H) 내의 탄화물상이고(REM-분석),
도 4는 본 발명에 따른 재료(S599PM-H) 내의 탄화물상이며(REM-분석),
도 5는 도 4의 M6C-상이고,
도 6은 도 4의 MC-상이며,
도 7은 켄칭 및 템퍼링 처리된 선행 기술에 따른 PM-재료(S599PM)의 상 이미지이고,
도 8은 켄칭 및 템퍼링 처리된 본 발명에 따라 제조된 PM-재료(S599PM-H)의 상 이미지이며,
도 9는 주조하여 변형된 재료(S500)의 상 이미지이고, 그리고
도 10은 마모 특성을 시험하기 위한 장치이다(개략적으로 도시됨).
본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
공구강 합금으로서 하기의 화학적 조성(단위: 중량%):
탄소(C) 0.8 내지 1.4
크롬(Cr) 3.5 내지 5.0
몰리브덴(Mo) 0.1 내지 10.0
바나듐(V) 0.8 내지 10.5
텅스텐(W) 0.1 내지 10.0
코발트(Co) 1.0 내지 12.0
그리고 Si, Mn, S, N 및 대안적으로는 Ni, Al, Nb, Ti와 불순물, 및 잔부의 철
을 갖는 고속도강(high speed steel)-재료가 사용되는 경우, 본 발명의 장점들이 특히 뚜렷하게 달성될 수 있으며, 이 경우 매트릭스의 탄소 함량은 0.45 내지 0.75로 설정되고 그리고 상기 매트릭스 내부에서 탄화물상 평균 지름은 2.8㎛보다 큰 치수로 설정된다.
전술한 공구강 합금에서, 탄소 함량, 주요 탄화물 형성제 함량 그리고 매트릭스 인성(matrix toughness) 및 고온 경도를 특히 촉진시키는 원소 코발트 함량 그리고 매트릭스의 탄소 농도는, 재료 검사에서 입증된 바와 같이 본 발명에 따른 방법에 있어 중요한 범위 내에서 제공되며, 이 경우 본 발명에 따른 바람직한 탄화물상 지름이 조절된다.
상기와 같은 비교적 크기가 큰 탄화물상 지름들은 마찬가지로 입자 유니언 내에서 마모 하중이 클 경우에도 유지되는데, 정확히 말해서 조정되거나 무효화되지 않는데, 왜냐하면 상기와 같은 경질상을 포함하는 매트릭스 또한 완전 어닐링에 의해 그에 바람직한 특성들을 중개하는 방식으로 수득되었기 때문이다.
본 발명에 따른 방법은 더 유리하게 적용될 수 있는데, 상기 방법에서는 하기의 화학적 조성(단위: 중량%):
탄소(C) 1.0 내지 3.0
크롬(Cr) 내지 12.0
몰리브덴(Mo) 0.1 내지 5.0
바나듐(V) 0.8 내지 10.5
텅스텐(W) 0.1 내지 3.0
그리고 Si, Mn, S, N 및 대안적으로는 Ni, Al, Nb, Ti와 불순물, 및 잔부의 철
을 갖는 냉간 가공강(cold work steel)-재료가 사용된다.
본 발명의 또 다른 목적은, 등방성 기계적 특성을 가지며, 그리고 열적으로 켄칭 및 템퍼링된 상태에서 (0.45 내지 0.75) 중량%의 탄소 농도를 갖는 매트릭스 내부에서 탄화물상 평균 크기가 2.8㎛ 이상일 때 적어도 7.0 Vol%의 M6C- 및 MC-탄화물의 탄화물상 비율을 갖는 재료를 제공함으로써 달성된다.
균일한 매트릭스 내부에 있는 탄화물상의 평균 크기가 상승된 경우에는 동일한 크기의 탄화물상 비율은 발견된 바와 같이 마모 강도를 감소시킨다.
선행 기술에 상응하게 지금까지는, 재료의 특성들을 모두 함께 향상시키거나 최적화하기 위해, 재료 내에서 가능한 한 작은 크기를 갖는 탄화물상을 설정하고자 하였다.
그러나 놀랍게도, 완전 어닐링에 의해 균일화된 매트릭스 내부에서 탄화물상의 상승된 평균 크기가 재료의 현저히 향상된 마모 강도를 야기한다는 사실이 발견되었다.
상기와 같은 마모 강도 향상이 학술적으로 아직 완전히 설명되지는 않았지만, 본 발명의 출원인은 마모 하중 발생시 상대적으로 크기가 더 큰 탄화물이 균일한 매트릭스 내부에서 연결면들 또는 접착면들의 임계적인 축소를 지연시키고 그리고 균일화된 매트릭스가 상대적으로 크기가 더 큰 몰딩된 탄화물에 대한 결합 잠재성을 더 많이 갖는 것으로 가정한다.
하기의 화학적 조성(단위는 중량%):
탄소(C) 0.8 내지 1.4
크롬(Cr) 3.5 내지 5.0
몰리브덴(Mo) 0.1 내지 10.0
바나듐(V) 0.8 내지 10.5
텅스텐(W) 0.1 내지 10.0
코발트(Co) 1.0 내지 12.0
그리고 Si, Mn, S, N 및 대안적으로는 Ni, Al, Nb, Ti와 불순물, 및 잔부의 철
을 가지며, 매트릭스 내부에 둥글게 처리된 표면 형상을 갖는 탄화물상, 즉 5.5 내지 8.5 Vol%의 M6C-탄화물 및 1.5 내지 3.9 Vol%의 MC-탄화물이 침전된 재료들의 경우 내마모성의 향상이 매우 뚜렷하다.
이 경우 재료가 하기의 적어도 하나의 원소 함량(단위는 중량%):
Si = 0.1 내지 0.5, 바람직하게는 0.15 내지 0.3
P = 최대 0.03, 바람직하게는 최대 0.02
S= 최대 0.3, 바람직하게는 최대 0.03
N= 최대 0.1, 바람직하게는 최대 0.08
을 갖는 경우가 바람직하며, 이러한 경우는 기계적 특성들의 수준을 더욱 높인다.
재료가 하기의 적어도 하나의 원소 농도(단위는 중량%):
C = 0.9 내지 1.4, 바람직하게는 1.0 내지 1.3
Mn = 0.15 내지 0.5, 바람직하게는 0.2 내지 0.35
Cr = 3.0 내지 5.0, 바람직하게는 3.5 내지 4.5
Mo = 3.0 내지 10.0
W = 1.0 내지 10.0
Mo+W/2 = 6.5 내지 12.0, 바람직하게는 7.0 내지 11.0
V = 0.9 내지 6.0, 바람직하게는 1.0 내지 4.5
Co = 7.0 내지 11.0, 바람직하게는 8.0 내지 10.0
를 갖는 경우, 요구되는 특정 하중과 관련하여 상기 재료의 특성 파라미터들의 최적화가 이루어질 수 있다.
작동이 갑작스럽게 실행되는 경우 전술한 장점들로 가장 높은 레벨의 하중을 충족시키는 냉간 가공강들에 있어서는, 재료가 하기의 화학적 조성(단위는 중량%):
탄소(C) 0.8 내지 3.0
크롬(Cr) 내지 12.0
몰리브덴(Mo) 0.1 내지 5.0
바나듐(V) 0.8 내지 10.5
텅스텐(W) 0.1 내지 3.0
그리고 Si, Mn, S, N 및 대안적으로는 Ni, Al, Nb, Ti와 불순물, 및 잔부의 철
을 갖는 경우가 바람직하다.
하기에서는 본 발명이 제조 작업들을 도시한 도면들과 함께 단지 예시적으로 도출된 검사 결과들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
주사 전자 현미경(Raster Elektronen Mikroskop = scanning electron microscopy)을 이용하여 REM -분석(도 3 내지 도 4)을 수행하였다:
REM-모델: JEOL JSM 6490 HV
EDX-모델: Oxford Instrument sinca-Pentafet x3 Si(Li) 30㎟(도 5, 도 6)
영상 처리 소프트웨어(image processing software): Image J를 통해 탄화물 상을 선별함으로써 탄화물상 M 6 C 및 MC 를 제조하였다.
표 1로부터는 S500이라는 명칭을 가진 표준 합금(AlSl-Type M42)의 화학적 조성 및 분말 야금식으로 제조된 재료(S599PM)의 화학적 조성 그리고 본 발명에 따른 재료(S599PM-H)의 화학적 조성 정보를 얻을 수 있다.
S500이라는 명칭을 가진 재료는 통상적인 제조의 비교 물질로서 사용되는데, 왜냐하면 상기 재료는 선행 기술에 상응하게 우수한 마모 특성들을 갖고 있기 때문이다.
S500으로 표기된 조성물에 상응하는 합금을 용융하여, 질소로 캡슐을 분말-충진하기 위해 상기 질소를 용융물에 분사하고 상기 용융물을 열간 등방압 성형함으로써 PM-방법에 따라 상기 합금으로부터 HIP-블록을 제조하였다.
상기 HIP-블록의 일부분을 통상적인 방식으로 S599-PM이라는 명칭을 갖는 샘플들 및 공구들로 가공하였다.
동일한 용융물로 이루어진 상기 블록 재료의 제 2 부분에서는 100㎜ 평방의 횡단면을 갖는 반제품에서, 1180℃에서 24시간 동안 본 발명에 따른 완전 어닐링을 실시하고 그리고 S599PM-H라는 명칭을 가진 재료의 후속하는 추가 가공이 실시되었다.
표 2는 비교 재료 S500 그리고 본 발명에 따라 제조된 재료(S599PM-H) 내에 있는 매트릭스의 화학적 조성 및 탄화물상의 비율들을 중개한다.
도 1에는 기계적 특성들, 즉: 재료 S500, S599PM 및 S599PM-H의 크리프 한계(R PO .2 ), 인장 강도(Rm), 연신율(A) 및 단면 수축률(Z)이 막대 그래프로 도시되어 있다.
본 발명에 따른 완전 어닐링에 의해서는 재료 S599PM-H의 연신율(A) 및 단면 수축률(Z)이 뚜렷이 증가되었으며, 이러한 현상은 매트릭스의 균일화에 의해 야기된다.
도 2의 현미경 사진은 매트릭스 내부에 M6C 및 MC 타입의 탄화물상을 갖는 소프트 어닐링(soft annealing)된 상태의 재료 S599PM을 보여준다. 탄화물의 상 크기는 평균하여 약 2.0㎛이다.
미세한 M23C6-탄화물은 약 258 HB의 경도를 갖는 재료의 평가에 포함되지 않았다.
도 3의 현미경 사진은 본 발명에 따라 제조된 재료(S599PM-H)를 보여준다. 탄화물상 비율이 동일할 경우 탄화물은 그 결정이 현저히 조대화(coarsening)되었으며 약 4.0㎛의 평균 지름을 갖는다.
약 254HB의 경도를 갖는 매트릭스 내부에는 재차 미세한 M23C6-탄화물이 침전되어 있는데, 왜냐하면 재료가 소프트 어닐링 상태로 존재하기 때문이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 재료(S599PM-H)를 REM-분석으로 보여주며, 상기 재료는 68.7HRC의 경도로 켄칭 및 템퍼링 처리되었다.
도 4 및 도 5에서 계속해서 관찰되는 바에 따르면, 켄칭 및 템퍼링 처리 후에는 사진에서 더 이상 M23C6-탄화물이 보이지 않는다.
도 5에서는 전술한 그래픽 분석 프로그램에 의해 선별된 M6C 타입의 탄화물상을 볼 수 있다.
M6C-탄화물상 비율은 약 7.4 Vol%이며, 이 경우 6회 이상 실시한 측정의 평균 값으로서 상기 값을 얻었다.
도 6에는 약 1.8 Vol%의 비율을 갖는 켄칭 및 템퍼링 처리된 재료의 검사들로부터 획득한 MC 타입의 탄화물상이 도시되어 있으며, 이 경우 마찬가지로 6회 이상 측정하여 평균값을 산출하였다.
도 7의 현미경 사진(정제 처리됨, 3%의 HNO3으로 용액 에칭됨)은 열적으로 켄칭 및 템퍼링 처리된 상태에서 1.6㎛의 탄화물상 평균 크기를 갖는 미세 탄화물이 균일하게 분포된 분말 야금식으로 제조된 재료 S599PM을 보여준다. 상기 재료의 경도는 약 68.2HRC이다.
도 8의 현미경 사진에는 동일(identical) 파라미터에 의해 열적으로 켄칭 및 템퍼링 처리된 동일 재료, 그러나 본 발명에 따른 완전 어닐링 처리된 재료, 즉 S599PM-H가 도시되어 있으며, 이 경우 탄화물상 평균 크기의 측정 값은 3.6㎛으로 나타났다.
도 9의 현미경 사진은 잉곳을 사용하여 제조된 그리고 239HB의 경도를 갖는 어닐링 처리된 상태의 재료 S500의 미세구조/입자를 보여주며, 상기 재료는 모가 나 있고 약간 행 형태로 배치된, 상대적으로 크기가 더 큰 탄화물상을 갖는다.
도 10에 개략적으로 도시된 장치를 이용하여 재료들의 마모 특성과 관련한 검사를 실시하였다.
마모 테스트시, SiC-샌드 페이퍼(sand paper)(P120)가 설치된 지름이 300㎜인 디스크 상에서 각 샘플마다 0.265N/㎟의 표면 압축에 상응하는 13.33N의 압착력으로 샘플들을 압착하였다. 상기 디스크의 회전 속도는 150 및 300min-1이었다.
각각 12회 실시한 검사를 통해 도출된 켄칭 및 템퍼링 처리된 샘플들의 마모 테스트 결과에서 비교 재료 S500의 마모율은 100%로 평가되었다.
분말 야금식으로 제조되고 동일한 방식으로 켄칭 및 템퍼링 처리된 미세한 탄화물상을 갖는 재료 S599PM는 비교시 약 98%의 마모율을 보였다.
형성시 완전 어닐링에 의해 본 발명에 따라 처리되고 그리고 동일한 켄칭 및 템퍼링 공정 파라미터들로 제조된 재료 S599PM-H의 검사들에서는 S500 및 S599PM의 값의 약 130%로 33% 만큼 내마모성이 증가되었다.
Figure pat00001
Figure pat00002

Claims (8)

  1. 등방성 기계적 특성(isotropic mechanical property) 및 향상된 내마모성을 가지고 경도 포텐셜이 높은 재료를 제조하기 위한 방법으로서,
    질소를 포함하는 액상 금속을 합금 분말로 분무함으로써, 그리고 상기 합금 분말의 열간 등방압 성형(HIP: hot isostatic press)에 의해 실시되는 PM(powder metallurgy)-방법의 레데부라이트 공구강 합금으로부터, HIP-블랭크 또는 HIP-블록을 제조하며, 상기 HIP-블록 및/또는 이러한 HIP-블록으로 제조된 반제품을 1100℃ 이상의 온도에서, 그러나 최저 융점을 갖는 미세구조상(microstructure phase)의 용융 온도보다 적어도 10℃ 낮은 온도에서 12 시간 이상 완전 어닐링(full annealing)시켜 재료의 탄화물상(carbide phase) 평균 크기를 적어도 65% 만큼 상승시키며, 상기 탄화물상의 표면 형상이 둥글게 처리되고 그리고 매트릭스가 균일화되며, 그 결과 상기 재료가 열적으로 켄칭 및 템퍼링 처리된 내마모성이 높은 공구들로 또는 마모 하중을 받는 부품들로 추가 가공되는, 등방성 기계적 특성들 및 향상된 내마모성을 갖고 그리고 경도 포텐셜이 높은 재료의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 공구강 합금으로서 하기의 화학적 조성(단위는 중량%):
    탄소(C) 0.8 내지 1.4
    크롬(Cr) 3.5 내지 5.0
    몰리브덴(Mo) 0.1 내지 10.0
    바나듐(V) 0.8 내지 10.5
    텅스텐(W) 0.1 내지 10.0
    코발트(Co) 1.0 내지 12.0
    그리고 Si, Mn, S, N 및 대안적으로는 Ni, Al, Nb, Ti와 불순물, 및 잔부의 철
    을 갖는 고속도강(high speed steel)-재료가 사용되며, 이때 켄칭 및 템퍼링 처리된 매트릭스의 탄소 함량은 0.45 내지 0.75로 설정되고 그리고 상기 매트릭스 내부에서 탄화물상 평균 지름은 2.8㎛보다 큰 치수로, 바람직하게는 3.2㎛보다 큰 치수로 설정되는, 등방성 기계적 특성들 및 향상된 내마모성을 갖고 그리고 경도 포텐셜이 높은 재료의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 공구강 합금으로서 하기의 화학적 조성(단위는 중량%):
    탄소(C) 1.0 내지 3.0
    크롬(Cr) 내지 12.0
    몰리브덴(Mo) 0.1 내지 5.0
    바나듐(V) 0.8 내지 10.5
    텅스텐(W) 0.1 내지 3.0
    그리고 Si, Mn, S, N 및 대안적으로는 Ni, Al, Nb, Ti와 불순물, 및 잔부의 철
    을 갖는 냉간 가공강(cold work steel)-재료가 사용되는, 등방성 기계적 특성들 및 향상된 내마모성을 갖고 그리고 경도 포텐셜이 높은 재료의 제조 방법.
  4. 레데부라이트 공구강 합금으로 이루어지고 높은 내마모성을 갖는 제 1 항에 따른 방법으로 제조된 재료로서,
    상기 재료는 등방성 기계적 특성들을 가지고 열적으로 켄칭 및 템퍼링된 상태에서 (0.45 내지 0.75) 중량%의 탄소 농도:
    Cmatrix = (0.45 내지 0.75) C (중량%)
    를 갖는 매트릭스 내부에서 탄화물상 평균 크기가 2.8㎛ 이상일 때 적어도 7.0 Vol%의 M6C 및 MC 탄화물상 비율을 갖는, 높은 내마모성을 갖는 재료.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 재료는 하기의 화학적 조성(단위는 중량%):
    탄소(C) 0.8 내지 1.4
    크롬(Cr) 3.5 내지 5.0
    몰리브덴(Mo) 0.1 내지 10.0
    바나듐(V) 0.8 내지 10.5
    텅스텐(W) 0.1 내지 10.0
    코발트(Co) 1.0 내지 12.0
    그리고 Si, Mn, S, N 및 대안적으로는 Ni, Al, Nb, Ti와 불순물, 및 잔부의 철
    을 가지며, 매트릭스 내부에 둥글게 처리된 표면 형상을 갖는 탄화물상, 즉 5.5 내지 8.5 Vol%의 M6C-탄화물 및 1.5 내지 3.9 Vol%의 MC-탄화물이 침전된, 높은 내마모성을 갖는 재료.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 재료가 적어도 하나의 하기의 원소 함량(단위는 중량%):
    Si = 0.1 내지 0.5, 바람직하게는 0.15 내지 0.3
    P = 최대 0.03, 바람직하게는 최대 0.02
    S = 최대 0.3, 바람직하게는 최대 0.03
    N = 최대 0.1, 바람직하게는 최대 0.08
    을 갖는, 높은 내마모성을 갖는 재료.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료가 적어도 하나의 하기의 원소 농도(단위는 중량%):
    C = 0.9 내지 1.4, 바람직하게는 1.0 내지 1.3
    Mn = 0.15 내지 0.5, 바람직하게는 0.2 내지 0.35
    Cr = 3.0 내지 5.0, 바람직하게는 3.5 내지 4.5
    Mo = 3.0 내지 10.0
    W = 1.0 내지 10.0
    Mo+W/2 = 6.5 내지 12.0, 바람직하게는 7.0 내지 11.0
    V = 0.9 내지 6.0, 바람직하게는 1.0 내지 4.5
    Co = 7.0 내지 11.0, 바람직하게는 8.0 내지 10.0
    를 갖는, 높은 내마모성을 갖는 재료.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 재료가 하기의 화학적 조성(단위는 중량%):
    탄소(C) 0.8 내지 3.0
    크롬(Cr) 내지 12.0
    몰리브덴(Mo) 0.1 내지 5.0
    바나듐(V) 0.8 내지 10.5
    텅스텐(W) 0.1 내지 3.0
    그리고 Si, Mn, S, N 및 대안적으로는 Ni, Al, Nb, Ti와 불순물, 및 잔부의 철
    을 갖는, 높은 내마모성을 갖는 재료.
KR1020130051458A 2012-05-08 2013-05-07 높은 내마모성을 갖는 재료 KR20130125329A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12450026.5 2012-05-08
EP12450026.5A EP2662166A1 (de) 2012-05-08 2012-05-08 Werkstoff mit hoher Beständigkeit gegen Verschleiss

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130125329A true KR20130125329A (ko) 2013-11-18

Family

ID=46148796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130051458A KR20130125329A (ko) 2012-05-08 2013-05-07 높은 내마모성을 갖는 재료

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9855603B2 (ko)
EP (1) EP2662166A1 (ko)
JP (1) JP2013234387A (ko)
KR (1) KR20130125329A (ko)
CN (1) CN103388108A (ko)
AR (1) AR090840A1 (ko)
RU (1) RU2542885C2 (ko)
TW (1) TWI565543B (ko)
UA (1) UA109247C2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150068912A (ko) * 2013-12-12 2015-06-22 뵐러 에델슈탈 게엠베하 운트 코 카게 철-코발트-몰리브덴/텅스텐-질소-합금으로 이루어진 물체들의 제조 방법
JP2019512595A (ja) * 2016-03-16 2019-05-16 エラスティール エスエーエス 合金鋼および工具

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6345945B2 (ja) * 2014-02-26 2018-06-20 山陽特殊製鋼株式会社 耐摩耗性に優れた粉末高速度工具鋼およびその製造方法
EP2933345A1 (en) 2014-04-14 2015-10-21 Uddeholms AB Cold work tool steel
CN104128600B (zh) * 2014-07-09 2016-04-13 浙江工业大学 一种用于热作模具激光组合制造专用粉末及其制造工艺
CN108315664B (zh) * 2018-04-26 2020-05-12 河冶科技股份有限公司 搓丝板材料的制备方法
CN111347220B (zh) * 2018-12-24 2021-09-03 溧阳市金昆锻压有限公司 一种莱氏体钢高耐磨性压辊壳制造方法
CN110643903B (zh) * 2019-09-29 2022-03-15 沈阳屹辰科技有限公司 一种高速钢打印针的制备方法
CN114318164B (zh) * 2021-03-22 2023-01-20 武汉钜能科技有限责任公司 耐磨耐蚀工具钢
CN114318131B (zh) * 2021-03-22 2023-01-20 武汉钜能科技有限责任公司 耐磨合金
CN113957332A (zh) * 2021-09-08 2022-01-21 僖昴晰(上海)新材料有限公司 高硬度耐磨材料组合物

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE446277B (sv) 1985-01-16 1986-08-25 Kloster Speedsteel Ab Vanadinhaltigt verktygsstal framstellt av metallpulver och sett vid dess framstellning
SU1381192A1 (ru) * 1986-04-03 1988-03-15 Украинский Научно-Исследовательский Институт Специальных Сталей,Сплавов И Ферросплавов Спеченна быстрорежуща сталь
JP2760001B2 (ja) * 1989-01-24 1998-05-28 大同特殊鋼株式会社 高速度工具鋼
JP3499425B2 (ja) * 1998-02-02 2004-02-23 山陽特殊製鋼株式会社 冷間工具鋼の製造方法
AT409831B (de) * 2000-03-03 2002-11-25 Boehler Uddeholm Ag Verfahren zur pulvermetallurgischen herstellung von vormaterial und vormaterial
AT409389B (de) * 2001-04-11 2002-07-25 Boehler Edelstahl Pm-schnellarbeitsstahl mit hoher warmfestigkeit
SE519278C2 (sv) * 2001-06-21 2003-02-11 Uddeholm Tooling Ab Kallarbetsstål
CN1256458C (zh) * 2004-02-18 2006-05-17 中国科学院金属研究所 一种用真空热压法制备粉末工具钢的方法
JP4991979B2 (ja) 2005-03-17 2012-08-08 大谷 智子 産業廃棄物のガラス製品
US7288157B2 (en) * 2005-05-09 2007-10-30 Crucible Materials Corp. Corrosion and wear resistant alloy
US20060249230A1 (en) * 2005-05-09 2006-11-09 Crucible Materials Corp. Corrosion and wear resistant alloy
SE529041C2 (sv) * 2005-08-18 2007-04-17 Erasteel Kloster Ab Användning av ett pulvermetallurgiskt tillverkat stål
EP1922430B1 (en) 2005-09-08 2019-01-09 Erasteel Kloster Aktiebolag Powder metallurgically manufactured high speed steel
SE0600841L (sv) 2006-04-13 2007-10-14 Uddeholm Tooling Ab Kallarbetsstål
US7615123B2 (en) 2006-09-29 2009-11-10 Crucible Materials Corporation Cold-work tool steel article
KR101340729B1 (ko) * 2009-01-16 2013-12-12 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 고주파 켄칭용 강
CN101487103B (zh) * 2009-02-20 2010-12-22 安泰科技股份有限公司 钒铌复合合金化冷作模具钢及其制备方法
JP5328494B2 (ja) * 2009-06-03 2013-10-30 株式会社アマダ 帯鋸刃及びその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150068912A (ko) * 2013-12-12 2015-06-22 뵐러 에델슈탈 게엠베하 운트 코 카게 철-코발트-몰리브덴/텅스텐-질소-합금으로 이루어진 물체들의 제조 방법
JP2019512595A (ja) * 2016-03-16 2019-05-16 エラスティール エスエーエス 合金鋼および工具

Also Published As

Publication number Publication date
US9855603B2 (en) 2018-01-02
RU2542885C2 (ru) 2015-02-27
EP2662166A1 (de) 2013-11-13
TWI565543B (zh) 2017-01-11
RU2013120934A (ru) 2014-11-20
JP2013234387A (ja) 2013-11-21
UA109247C2 (uk) 2015-07-27
TW201350232A (zh) 2013-12-16
AR090840A1 (es) 2014-12-10
US20130343944A1 (en) 2013-12-26
CN103388108A (zh) 2013-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130125329A (ko) 높은 내마모성을 갖는 재료
EP3472365B1 (en) Steel suitable for plastic moulding tools
KR101842825B1 (ko) 오스테나이트계 스테인리스 강 및 그 제조 방법
Najafabadi et al. Investigating the effect of titanium addition on the wear resistance of Hadfield steel
US9951403B2 (en) Hot-forged section material and common rail
KR100476505B1 (ko) 냉간가공 합금강 및 그 제조 방법
Gero et al. Some structural effects of plastic deformation on tungsten heavy metal alloys
KR100373169B1 (ko) 고충격인성및내마모성을갖는분말야금냉간공구강및그제조방법
US20100189592A1 (en) Process for Setting the Thermal Conductivity of a Steel, Tool Steel, in Particular Hot-Work Steel, and Steel Object
EP2065483A1 (en) Hot-working tool steel having excellent stiffness and high-temperature strength and method for production thereof
KR101781792B1 (ko) 피로 특성이 우수한 내마모성 강재 및 그 제조 방법
KR101518723B1 (ko) 냉간 가공 공구강 제품
Olier et al. Effects of the forming processes and Y2O3 content on ODS-Eurofer mechanical properties
KR20200044866A (ko) 전동 피로 특성이 우수한 강재
Angang et al. Precipitation behaviors and strengthening of carbides in H13 steel during annealing
Kračun et al. Nanoparticles reinforcement for the improved strength and high-temperature wear resistance of Mn-Cr steel
Ernst et al. ESP4 and TSP4, a comparison of spray formed with powdermetallurgically produced cobalt free high-speed steel of type 6W-5Mo-4V-4Cr.
KR101984430B1 (ko) 단강품용 강, 및 조립형 크랭크축용 단강 크랭크 스로 및 단강 저널
CA2815059A1 (en) Material with high resistance to wear
JP2015127455A (ja) 粉末高速度工具鋼
Dorofeyev et al. Effect of microadditions of aluminum and vanadium on the susceptibility to quench cracking in powder steels
KR100299463B1 (ko) 인성및내마모성이우수한냉간가공용공구강제조방법
Kondaiah et al. Experimental investigation on microstructural and mechanical properties of quenched AISI 4145 sinter forged steel
Elghazaly et al. Influence of Tungsten and Cobalt Contents on the Microstructure Changes and Fracture Behavior of New Carbon-Free Steel-alloy Composites
CN114318130A (zh) 沉淀硬化合金

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment